Avval o‘rganing: O‘zgaruvchan tok
Radio, televizor, mobil aloqa, Wi-Fi, mikroto‘lqinli pech, rentgen apparati va hatto Quyosh nuri — bularning barchasi elektromagnit to‘lqinlar. Ular bir-biridan faqat chastotasi (to‘lqin uzunligi) bilan farq qiladi. Bu mavzuda to‘lqin qanday paydo bo‘lishi, xossalari, elektromagnit to‘lqinlar shkalasi, radioaloqa va radiolokatsiya tamoyillarini ko‘rib chiqamiz.
Maksvell (1864) ikki g‘oyani birlashtirdi:
Demak, bir marta paydo bo‘lgan o‘zgaruvchan maydon bir-birini tug‘dirib, fazoda tarqaladi — bu elektromagnit to‘lqin. Uni tezlanish bilan harakatlanayotgan zaryadlar nurlantiradi (masalan, antennadagi tebranuvchi elektronlar). Yopiq tebranish konturi deyarli nurlanmaydi, shuning uchun antenna — ochiq kontur. To‘lqinlarni tajribada birinchi bo‘lib Gers (1888) hosil qildi va qayd etdi.
Maksvell o‘z tenglamalaridan to‘lqin tezligini hisobladi: c = 1/√(ε₀μ₀) ≈ 3·10⁸ m/s. Bu son yorug‘likning o‘lchangan tezligi bilan mos tushdi, va Maksvell yorug‘lik ham elektromagnit to‘lqin degan xulosaga keldi. Gers uchqunli vibrator va qabul qiluvchi halqa (rezonator) yordamida to‘lqinlarning qaytishi, sinishi va turg‘un to‘lqin hosil qilishini ko‘rsatdi hamda ularning tezligi yorug‘lik tezligiga tengligini tasdiqladi.
c = 3·10⁸ m/s
Asosiy bog‘lanish:
c = λν, λ = cT
To‘lqin bir muhitdan boshqasiga o‘tganda chastota o‘zgarmaydi, tezlik va to‘lqin uzunligi o‘zgaradi: λ_muhit = λ₀/n.
FM radiostansiya 100 MHz chastotada eshittiradi. To‘lqin uzunligi?
Vakuumdagi to‘lqin uzunligi 600 nm bo‘lgan yorug‘lik shishaga (n = 1,5) kirdi. Shishadagi tezlik va to‘lqin uzunligi?
Yopiq konturda elektr maydon kondensator ichida, magnit maydon g‘altak ichida "qamalgan", shuning uchun u deyarli nurlanmaydi. Agar kondensator plastinkalarini bir-biridan uzoqlashtirib, g‘altakni to‘g‘ri simga aylantirsak, ochiq kontur — vibrator (antenna) hosil bo‘ladi: maydon atrofdagi fazoni egallaydi va to‘lqin sifatida ajralib chiqadi. Eng oddiy antenna — uzunligi yarim to‘lqin uzunligiga teng bo‘lgan sim (yarim to‘lqinli vibrator): unda tok tebranishlari rezonans bilan kuchayadi. Shuning uchun yuqori chastotali qurilmalarning (mobil telefon, Wi-Fi) antennalari kichik, uzun to‘lqinli radiostansiyalarniki esa juda baland.
Elektromagnit to‘lqin energiyani elektr va magnit maydonlarida teng ulushda olib yuradi. Kvant nuqtayi nazaridan esa nurlanish fotonlar oqimi, har bir foton energiyasi:
E = hν = hc/λ, h = 6,63·10⁻³⁴ J·s
To‘lqin uzunligi qancha kichik bo‘lsa, foton energiyasi shuncha katta. Ultrabinafsha, rentgen va gamma nurlar molekulalardagi bog‘lanishlarni uzishga qodir — ular ionlovchi nurlanish, radioto‘lqin fotonlari esa buning uchun juda kuchsiz.
100 MHz chastotali to‘lqin uchun yarim to‘lqinli antenna uzunligi va bitta foton energiyasi qancha?
To‘lqin uzunligi kamayib, chastota ortib boradigan tartibda:
Chastota ortgan sari kvant energiyasi (E = hν) va o‘tuvchanlik qobiliyati ortadi.
Tovush chastotasi (20 Hz – 20 kHz) past, bunday to‘lqinlarni samarali nurlantirib bo‘lmaydi. Shuning uchun:
Radioni amalda birinchilardan bo‘lib A. S. Popov (1895) va G. Markoni qo‘llagan.
Radiolokator qisqa impuls yuboradi va obyektdan qaytgan signalni qabul qiladi. Signal masofani ikki marta bosib o‘tadi:
s = ct/2
Impulslar orasidagi vaqt qaytgan signal kelishidan uzun bo‘lishi kerak, shuning uchun eng katta masofa: s_max = c/(2ν_imp).
Radiolokator signali 200 μs dan keyin qaytdi. Obyektgacha masofa?
Oygacha masofa 3,84·10⁸ m. Radiosignal qancha vaqtda qaytadi?
Intensivlik — to‘lqin perpendikulyar yuzaning 1 m² idan 1 s da olib o‘tadigan energiya (W/m²). Barcha tomonga bir tekis nurlanuvchi nuqtaviy manba uchun:
I = P/(4πr²)
Masofa 2 marta ortsa, intensivlik 4 marta kamayadi. Tebranuvchi zaryad nurlanishining intensivligi chastotaning to‘rtinchi darajasiga (ν⁴) proporsional — shuning uchun radioaloqada yuqori chastotali tashuvchi to‘lqin ishlatiladi.
Quvvati 100 W manbadan 10 m masofada intensivlik?